生化分离工程

生化分离工程第1页/共41页7.6离子交换技术典型实例典型实例：卡那霉素、西索米星、扁桃酸的提取

提取原则：①对目标产物亲和力强，而对杂质亲和力弱。②或者相反，对目标产物亲和力弱，而对杂质亲和力强。提取策略：①化合物的理化性质（溶解度、pKa值（价态）、结构）②树脂的筛选（交换容量、官能团形式、除杂效果）③离交条件的选择（溶液pH值、原液浓度、操作方式）第2页/共41页7.6离子交换技术典型实例条件选择：①溶液pH值：树脂的离子化、化合物的离子化、化合物的稳定性②溶液浓度：扩散效应、亲和力、价态、离子大小③操作方式：静态吸附、静态解吸动态吸附、动态解吸、

动态串联方式

第3页/共41页卡那霉素的分离纯化提取原则：

采用对卡那霉素亲和力强的树脂，进行富集提取策略：

卡那霉素理化性质：结构、pKa值、价态

树脂筛选：强酸型、弱酸型

条件选择：溶液pH值、卡那霉素浓度、操作方式第4页/共41页图1卡A:R1=OHR2=NH2C18H36N4O11MW=484.499[α]D=+146°

卡B:R1=NH2R2=NH2C18H37N5O10MW=483.54[α]D=+130°

卡C:R1=NH2R2=OHC18H36N4O11MW=484.499[α]D=+126°卡那霉素结构式第5页/共41页卡那霉素离解常数（pKa值）第6页/共41页卡那霉素离解曲线第7页/共41页强酸型阳树脂（如732）：弱酸型阳树脂（如DK110、D186、HZ-I）：树脂类型第8页/共41页2、溶液的pH值合适的pH值必须达到下列条件：

使卡那霉素能解离使732或DK110能离子化卡那霉素能维持在稳定的范围内第9页/共41页①卡那解离问题当PH＝7.0时在PH＝5.0时当PH＝9.0时第10页/共41页②树脂解离问题-SO3H型732树脂pK＜1-COOH型DK110pK4～6第11页/共41页③卡那稳定性问题卡那稳定存在的pH=6～8。732树脂离子交换时溶液pH=5.5～6.0；DK110树脂离子交换时，溶液pH=6.8～7.2。第12页/共41页3、原液浓度卡那是多元有机生物碱离子交换理论分析发酵水平第13页/共41页4、操作方式国内沿用732静态吸附，3%NH4·OH动态洗脱法；国外采用DK110动态吸附，2%NH4·OH动态解吸法第14页/共41页5、动态串联方式

第15页/共41页西索米星的离子交换树脂提取

西索米星为弱碱性生物有机碱，分子中含有四个氨基，在水溶液中存在四级离解平衡，在不同pH值的水溶液体系中能以不同的电化学状态存在，随着溶液的pH值由高到低而出现逐级解离。在解离条件下，选用强酸性阳离子交换树脂，或选用弱酸型阳树脂均可达到吸附西索米星阳离子的目的。目前多选择732强酸性阳树脂进行离交，溶液pH值5.5，发酵液原液浓度（约1000-1500ug/ml）。为什么？第16页/共41页西索米星结构式第17页/共41页

西索米星离解常数（pKa值）第18页/共41页西索米星的离解曲线第19页/共41页pH≥9.7时pH7.2～7.4时pH值6.6～6.8时pH≤4.6时不同pH条件下西索米星的价态分布

第20页/共41页扁桃酸的离子交换树脂提取

提取策略：

扁桃酸理化性质：结构、pKa值、溶解度

树脂筛选：强酸型、弱酸型

条件选择：溶液pH值、扁桃酸浓度、操作方式第21页/共41页扁桃酸结构式第22页/共41页扁桃酸pKa值的测定扁桃酸pKa值测定的物理意义扁桃酸pKa值测定方法第23页/共41页扁桃酸在非极性溶剂中的溶解度曲线

第24页/共41页扁桃酸在非极性溶剂中的溶解度差值曲线

第25页/共41页扁桃酸在极性溶剂中的溶解度曲线

第26页/共41页扁桃酸在极性溶剂中的溶解度差值曲线

第27页/共41页发酵液中R-扁桃酸的711-OH型离子交换提取扁桃酸理化性质树脂功能团杂质影响扁桃酸pKa=5.28最适动态吸附条件最适动态解吸条件第28页/共41页阴离子交换树脂的选择Fig.1PermeablecurveofR,S-mandelicacidatanionresinpH=0.41andOD220=1.236ofR,S-mandelicacidsolutioncontaining2%NH4Cl,1.0Bv/hvelocityofflow,30mlanionresinand18mm×300mmcolumnsize.第29页/共41页711阴离子交换树脂对扁桃酸发酵液的动态吸附特性Fig2DynamicadsorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidfromfermentbrothat711-OHanionexchangeresinThedynamicadsorptionconditionwas6.0～7.0pHvalue、70～80mmol/LR-mandelicacidconcentration、8～10mmol/Lphenylglyoxilicacidconcentration，20ml711-OHanionresinand18mm×300mmcolumnsize.ThesameasFig3-Fig6.第30页/共41页711阴离子交换树脂对R-扁桃酸的动态解吸工艺的选择Fig4DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidindifferentvelocityofflowwith4%HClCl->MA->OH-第31页/共41页711阴离子交换树脂对R-扁桃酸的动态解吸工艺的选择Fig.5DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidindifferentHClconcentrationwith1.5Bv/h第32页/共41页711阴离子交换分离工艺的验证实验

Fig6DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidat711-OHanionresinwhiletheoptimumcondition第33页/共41页大孔吸附树脂HZ801分离发酵液中R-扁桃酸研究

扁桃酸理化性质树脂功能团杂质影响扁桃酸pKa=5.28最适动态吸附条件最适动态解吸条件第34页/共41页3.1不同流速时，HZ801对扁桃酸的动态吸附特性

Fig1aDynamicadsorptioncurveofR-mandelicacidfromfermentbrothatHZ801resinindifferentvelocityofflowThedynamicadsorptionconditionwas2.0pHvalue、80mmol/LR-mandelicacidconcentration、6mmol/Lphenylglyoxilicacidconcentration，20mlHZ801resinand18mm×300mmcolumnsize.ThesameasFig.1b～Fig.4.

第35页/共41页3.1不同流速时，HZ801对苯乙酮酸的动态吸附特性

Fig.1bDynamicadsorptioncurveofphenylglyoxilicacidfromfermentbrothatHZ801resinindifferentvelocityofflow

第36页/共41页3.2不同乙醇浓度对HZ801树脂上R-扁桃酸的动态解吸曲线

Fig.2DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidatHZ801resinindifferentethanolconcentrationwith1.5Bv/h第37页/共41页3.3不同流速时，50%乙醇对HZ801树脂上R-扁桃酸和苯乙酮酸的解吸曲线

Fig3DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidatHZ801resinindifferentvelocityofflowwith50%ethanol第38页/共41页HZ801吸附树脂分离工艺的验证实验Fig.4DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidatHZ801resinwhiletheo